汽車知識(shí)：發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理詳解，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)將汽油的能量轉(zhuǎn)化為動(dòng)能來驅(qū)動(dòng)汽車，最簡(jiǎn)單的辦法是通過在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃燒汽油來獲得動(dòng)能。因此，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)是內(nèi)燃機(jī)----燃燒在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部發(fā)生。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是燃燒柴油來獲取能量釋放的發(fā)動(dòng)機(jī)。

四沖程汽油機(jī)

往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)所用的燃料主要是汽油(gasoline)或柴油(diesel)。由于汽油和柴油具有不同的性質(zhì)，因而在發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)上有差異。

四沖程汽油機(jī)工作原理

汽油機(jī)是將空氣與汽油以一定的比例混合成良好的混合氣，在吸氣沖程被吸入汽缸，混合氣經(jīng)壓縮點(diǎn)火燃燒而產(chǎn)生熱能，高溫高壓的氣體作用于活塞頂部，推動(dòng)活塞作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，通過連桿、曲軸飛輪機(jī)構(gòu)對(duì)外輸出機(jī)械能。四沖程汽油機(jī)在進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程內(nèi)完成一個(gè)工作循環(huán)。

(1)吸氣沖程(intakestroke)活塞在曲軸的帶動(dòng)下由上止點(diǎn)移至下止點(diǎn)。此時(shí)進(jìn)氣門開啟，排氣門關(guān)閉，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)180°。在活塞移動(dòng)過程中，汽缸容積逐漸增大，汽缸內(nèi)氣體壓力從pr逐漸降低到pa，汽缸內(nèi)形成一定的真空度，空氣和汽油的混合氣通過進(jìn)氣門被吸入汽缸，并在汽缸內(nèi)進(jìn)一步混合形成可燃混合氣。由于進(jìn)氣系統(tǒng)存在阻力，進(jìn)氣終點(diǎn)(圖中a點(diǎn))汽缸內(nèi)氣體壓力小于大氣壓力0p，即pa=(0.80～0.90)0p。進(jìn)入汽缸內(nèi)的可燃混合氣的溫度，由于進(jìn)氣管、汽缸壁、活塞頂、氣門和燃燒室壁等高溫零件的加熱以及與殘余廢氣的混合而升高到340～400K。

(2)壓縮沖程(compressionstroke)壓縮沖程時(shí)，進(jìn)、排氣門同時(shí)關(guān)閉。活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)180°。活塞上移時(shí)，工作容積逐漸縮小，缸內(nèi)混合氣受壓縮后壓力和溫度不斷升高，到達(dá)壓縮終點(diǎn)時(shí)，其壓力pc可達(dá)800～2000kPa，溫度達(dá)600～750K。在示功圖上，壓縮行程為曲線a～c。

(3)做功沖程(powerstroke)當(dāng)活塞接近上止點(diǎn)時(shí)，由火花塞點(diǎn)燃可燃混合氣，混合氣燃燒釋放出大量的熱能，使汽缸內(nèi)氣體的壓力和溫度迅速提高。燃燒最高壓力pZ達(dá)3000～6000kPa，溫度TZ達(dá)2200～2800K。高溫高壓的燃?xì)馔苿?dòng)活塞從上止點(diǎn)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，并通過曲柄連桿機(jī)構(gòu)對(duì)外輸出機(jī)械能。隨著活塞下移，汽缸容積增加，氣體壓力和溫度逐漸下降，到達(dá)b點(diǎn)時(shí)，其壓力降至300～500kPa，溫度降至1200～1500K。在做功沖程，進(jìn)氣門、排氣門均關(guān)閉，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)180°。在示功圖上，做功行程為曲線c-Z-b。

(4)排氣沖程(exhauststroke)排氣沖程時(shí)，排氣門開啟，進(jìn)氣門仍然關(guān)閉，活塞從下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)180°。排氣門開啟時(shí)，燃燒后的廢氣一方面在汽缸內(nèi)外壓差作用下向缸外排出，另一方面通過活塞的排擠作用向缸外排氣。由于排氣系統(tǒng)的阻力作用，排氣終點(diǎn)r點(diǎn)的壓力稍高于大氣壓力，即pr=(1.05～1.20)p0。排氣終點(diǎn)溫度Tr=900～1100K。活塞運(yùn)動(dòng)到上止點(diǎn)時(shí)，燃燒室中仍留有一定容積的廢氣無法排出，這部分廢氣叫殘余廢氣。

四沖程柴油機(jī)

四沖程柴油機(jī)工作原理

四沖程柴油機(jī)和汽油機(jī)一樣，每個(gè)工作循環(huán)也是由進(jìn)氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程組成。由于柴油機(jī)以柴油作燃料，與汽油相比，柴油自燃溫度低、黏度大不易蒸發(fā)，因而柴油機(jī)采用壓縮終點(diǎn)壓燃著火，也叫壓燃式點(diǎn)火，其工作過程及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與汽油機(jī)有所不同。

(1)進(jìn)氣沖程

汽車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入汽缸的工質(zhì)是純空氣。由于柴油機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)阻力較小，進(jìn)氣終點(diǎn)壓力pa=(0.85～0.95)p0，比汽油機(jī)高。進(jìn)氣終點(diǎn)溫度Ta=300～340K，比汽油機(jī)低。

(2)壓縮沖程

由于壓縮的工質(zhì)是純空氣，因此柴油機(jī)的壓縮比比汽油機(jī)高(一般為ε=16～22)。壓縮終點(diǎn)的壓力為3000～5000kPa，壓縮終點(diǎn)的溫度為750～1000K，大大超過柴油的自燃溫度(約520K)。

(3)做功沖程

當(dāng)壓縮沖程接近終了時(shí)，在高壓油泵作用下，將柴油以10MPa左右的高壓通過噴油器噴入汽缸燃燒室中，在很短的時(shí)間內(nèi)與空氣混合后立即自行發(fā)火燃燒。汽缸內(nèi)氣體的壓力急速上升，最高達(dá)5000～9000kPa，最高溫度達(dá)1800～2000K。由于柴油機(jī)是靠壓縮自行著火燃燒，故稱柴油機(jī)為壓燃式發(fā)動(dòng)機(jī)。

(4)排氣沖程

柴油機(jī)的排氣與汽油機(jī)基本相同，只是排氣溫度比汽油機(jī)低。一般Tr=700～900K。對(duì)于單缸發(fā)動(dòng)機(jī)來說，其轉(zhuǎn)速不均勻，發(fā)動(dòng)機(jī)工作不平穩(wěn)，振動(dòng)大。這是因?yàn)樗膫€(gè)沖程中只有一個(gè)沖程是做功的，其他三個(gè)沖程是消耗動(dòng)力為做功做準(zhǔn)備的沖程。為了解決這個(gè)問題，飛輪必須具有足夠大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，這樣又會(huì)導(dǎo)致整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量和尺寸增加。采用多缸發(fā)動(dòng)機(jī)可以彌補(bǔ)上述不足。現(xiàn)代汽車用多采用四缸、六缸和八缸發(fā)動(dòng)機(jī)。